Вентильно индукторный двигатель что это - Автомобильный журнал
Arskama.ru

Автомобильный журнал
7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Вентильно индукторный двигатель что это

ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОНЦЕНТРИЧЕСКИМИ ОБМОТКАМИ, УПРАВЛЯЕМЫЙ ДВУХФАЗНЫМ ТОКОМ СИНУСОИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в высокоскоростных реверсивных электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем. Технический результат: уменьшение числа выводов двигателя, уменьшение потерь в двигателе и инверторе. Высокоскоростной вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками статора содержит статор с восемью полюсами и ротор с двумя полюсами. Ротор оснащен четырьмя когтеобразными выступами. Статор оснащен двухфазной концентрической обмоткой. Обмотки каждой из двух фаз охватывают одновременно три полюса и один полюс статора, расположенный в середине трех полюсов. Управление двигателем производится двухфазным током синусоидальной формы. 4 ил.

Высокоскоростной вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками статора, управляемый двухфазным током синусоидальной формы, содержащий статор с восемью полюсами и ротор с двумя полюсами, отличающийся тем, что ротор оснащен четырьмя когтеобразными выступами, статор оснащен двухфазной концентрической обмоткой, обмотки каждой из двух фаз охватывают одновременно три полюса и один полюс статора, расположенный в середине трех полюсов, а управление двигателем производится двухфазным током синусоидальной формы.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в высокоскоростных реверсивных электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.

Известны многофазные вентильно-индукторные двигатели с прямыми полюсами ротора и статора и сосредоточенными обмотками, расположенными на полюсах статора [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. — М.: Издательство МЭИ, 2003, с. 62].

Основным недостатком этих вентильно-индукторных двигателей является то, что частота перемагничивания магнитопровода больше, чем частота вращения ротора. Это приводит к увеличению потерь в магнитопроводе двигателя и не дает возможности создать высокоскоростные вентильно-индукторные двигатели.

Вторым недостатком этих вентильно-индукторных двигателей является то, что при коммутации фаз токи фаз протекают только в одном направлении, поэтому для коммутации тока каждой фазы необходимо применение полумостовой схемы [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. — М.: Издательство МЭИ, 2003, с. 10, 15, 17]. Применение полумостовых схем для коммутации токов фаз увеличивает суммарную мощность полупроводниковых приборов инвертора примерно в два раза по сравнению с традиционными мостовыми схемами, широко используемыми для управления асинхронными и вентильными двигателями [Питание машин с регулируемой реактивностью. G. Glaize. Н. Foch. L′alimentation des machines a′reluctance variable. Machines a′Reluctance Variable, 30 septembre 1985, Франция].

Третьим недостатком этого технического решения является то, что силовые транзисторные модули, которые применяются для инверторов на полумостовых схемах, имеют более высокую цену по сравнению с силовыми транзисторными модулями, применяемыми в традиционных мостовых схемах инверторов, за счет большего на один числа выводов. Кроме того, для реализации инверторов на полумостовых схемах необходимы два типа модулей (модуль, в котором коллектор транзистора соединен с анодом диода, и модуль, в котором коллектор транзистора соединен с катодом диода), что увеличивает номенклатуру комплектующих изделий.

Четвертым недостатком этих вентильно-индукторных двигателей, по сравнению с асинхронными и вентильными двигателями, является большое число выводов (так у четырехфазного вентильно-индукторного двигателя число выводов восемь).

Пятым недостатком этого технического решения является то, что при монтаже инверторов на полумостовых схемах для вентильно-индукторных двигателей увеличиваются затраты на монтажные работы по сравнению с затратами на монтаж мостовых инверторов, применяемых для управления асинхронными и вентильными двигателями.

Шестым недостатком этого технического решения является то, что каждый полюс статора этих двигателей оснащен сосредоточенной обмоткой, занимающей половину паза. В результате чего полный ток каждого полюса статора определяется числом витков, допустимой плотностью тока, коэффициентом заполнения и площадью паза. В двигателях с концентрическими обмотками полный ток полюса определяется, в том числе и числом обмоток, охватывающих данный полюс, что позволяет уменьшить площадь пазов и габариты двигателя или увеличить сечение проводников обмоток, при том же полном токе полюсов статора, и уменьшить омические потери.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является высокоскоростной вентильно-индукторный двухфазный нереверсивный двигатель (патент РФ №2368053).

Недостатком этого технического решения является то, что этот двигатель является нереверсивным и поэтому имеет ограниченную область применения.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение числа выводов вентильно-индукторного двигателя, уменьшение массогабаритных показателей инвертора, увеличение коэффициента полезного действия вентильно-индукторного двигателя и инвертора, увеличение частоты вращения при той же частоте коммутации полного тока полюсов статора, применение для управления двигателем мостового инвертора и расширение области применения за счет возможности использования реверса.

Поставленная цель достигается тем, что в известных вентильно-индукторных двигателях, содержащих явнополюсные симметричные статор и ротор, со статором, имеющим 8 сосредоточенных полюсов с обмотками, ротор содержит 2 полюса без обмоток, каждый полюс которого оснащен двумя когтеобразными выступами, угловая ширина полюсов статора и угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 22,5 градусам, угловая ширина полюсов ротора и когтеобразных выступов полюсов ротора равна 45 градусов, причем обмотки одной фазы охватывают одновременно три полюса и один полюс статора, расположенный в середине трех полюсов, охваченных одной обмоткой. Суммарный полный ток этих двух обмоток в относительных единицах равен 1,4, за счет того, что число витков обмоток, охватывающих три полюса, относится к числу витков обмоток, охватывающих один полюс, как 1/0,4. Полюса статора охвачены обмотками разных фаз, токи в которых сдвинуты на 90 электрических градусов за счет сдвига токов фаз на 90 электрических градусов и за счет чередующегося изменения начала и конца обмоток, дающего дополнительный сдвиг фаз 180 электрических градусов. При этом полный ток нечетных полюсов становится равным IABmax=IAmaxsinθ°-IBmaxsin(θ+90°)=1,41Iфmax, где IABmax — максимальное значение полных токов нечетных полюсов; IAmax — максимальное значение тока фазы А; IBmax — максимальное значение тока фазы В; Iфmax — максимальное значение фазных токов. То есть максимальные полные токи обмоток четных и нечетных полюсов равны, токи сдвинуты по фазе на 90 электрических градусов. При вращении ротора индуктивность каждого полюса не изменяется при изменении положения ротора на 22,5 градусов при максимальном значении индуктивности полюса и на 22,5 градусов при минимальном значении индуктивности, в этих случаях производная индуктивности по углу поворота ротора равна нулю. Поэтому M = i 2 2 d L d θ = 0 , где М — момент, развиваемый полным током полюсов статора; i 2 — квадрат текущих значений полных токов полюсов статора; d L d θ — производная индуктивности полюсов статора по углу поворота ротора в электрических градусах. В других случаях момент каждого полюса может принимать отрицательные и положительные значения. Однако если максимальные и минимальные значения полных токов полюсов приходятся на максимальные значения производной индуктивности полюсов по углу поворота ротора, то средний вращающий момент двигателя превышает средний тормозной момент в 1,976 0,076 = 26 р а з .

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое устройство имеет следующие новые признаки:

1. Явнополюсные симметричные статор и ротор со статором, имеющим 8 сосредоточенных полюсов с обмотками и ротором, имеющим 2 полюса без обмоток с четырьмя когтеобразными выступами, угловая ширина полюсов статора и угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 22,5 градусам, угловая ширина полюсов ротора и когтеобразных выступов полюсов ротора равна 45 градусов.

2. Обмотки каждой из двух фаз охватывают одновременно три полюса и один полюс статора, расположенный в середине трех полюсов, причем число витков обмоток, охватывающих три полюса статора, относится к числу витков охватывающих один полюс статора примерно, как 1/0,41.

3. Фазы двигателя питаются двухфазным током, имеющим сдвиг фаз 90 электрических градусов, который формируется при помощи мостового инвертора.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «новизна».

При реализации предлагаемого изобретения уменьшается число выводов двигателя, упрощается монтаж силового инвертора, уменьшается число и цена полупроводниковых приборов инвертора, увеличивается коэффициент полезного действия двигателя и инвертора и увеличивается частота вращения при той же частоте токов фаз.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, электропривода и электродвигателей.

Вентильно-индукторных двигателей, содержащих 8 сосредоточенных полюсов с обмотками и ротором, имеющим 2 полюса без обмоток с четырьмя когтеобразными выступами, угловая ширина полюсов статора и угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 22,5 градусам, угловая ширина полюсов ротора и когтеобразных выступов полюсов ротора равна 45 градусов, с обмотками каждой из двух фаз, охватывающими одновременно три полюса, и один полюс статора, расположенный в середине трех полюсов, с числом витков обмоток, охватывающих три полюса статора, относящимся к числу витков, охватывающих один полюс статора примерно, как 1/0,4, с фазами двигателя, питающимися двухфазным током, имеющим сдвиг фаз 90 электрических градусов, не обнаружено.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявленному техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».

Читать еще:  Чем отполировать алюминий двигатель

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 приведен высокоскоростной четырехфазный вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый двухфазным током синусоидальной формы. На фиг. 1 обозначено: 1-8 — полюса статора; 1, 2 — полюса ротора; iA, iB — токи соответствующих фаз.

На фиг. 2 приведены схемы обмоток соответствующих фаз четырехфазного высокоскоростного вентильно-индукторного двигателя с концентрическими обмотками, управляемого двухфазным током синусоидальной формы. На фиг. 2 обозначено: 1-8 — номера полюсов статора; нА, нВ, — начала обмоток соответствующих фаз; кА, кВ — концы обмоток соответствующих фаз.

На фиг. 3 приведены развертки поверхностей полюсов статора и ротора высокоскоростного вентильно-индукторного двигателя с концентрическими обмотками, управляемого двухфазным током синусоидальной формы. На фиг. 3 обозначено: 1-8 — номера полюсов статора, на которых размещены обмотки в соответствии с фиг. 2; 1-2 номера полюсов ротора; 22,5° — угловая ширина полюсов статора и межполюсного расстояния статора; 45° — угловая ширина полюсов ротора и когтеобразных выступов полюсов ротора.

На фиг. 4 приведены диаграммы работы высокоскоростного четырехфазного вентильно-индукторного двигателя с концентрическими обмотками, управляемого двухфазным током синусоидальной формы. На фиг. 4,а приведены диаграммы двухфазного тока. На фиг. 4,а обозначено: iA, iB — токи соответствующих фаз; -iA, -iB — токи соответствующих фаз, сдвинутые на 180 электрических градусов; Imax — амплитудные значения токов; θ=0…360 — угол в электрических градусах. На фиг. 4,б приведены диаграммы токов iA-iB, iA+iB, iB-iA, -iA-iB. На фиг 4,в приведены диаграммы квадратов полных токов полюсов статора. На фиг. 4,г приведены диаграммы производной индуктивности по углу поворота ротора в электрических градусах и момент полюсов 1 и 5. На фиг. 4,г обозначено: d L 1,5 d θ — диаграммы производной индуктивности по углу поворота ротора в электрических градусах полюсов статора 1 и 5; M1,5 — моменты полюсов 1 и 5. На фиг. 4,д приведены диаграммы тормозных и двигательных моментов всех полюсов. На фиг. 4,д обозначено: M1.5-М4,8 — моменты соответствующих полюсов; Мторм — тормозные моменты полюсов. На фиг. 4,е приведены диаграммы суммарного момента и тормозных моментов. На фиг. 4,д обозначено: ∑ M — суммарный двигательный момент.

Таким образом, использование в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем четырехфазных высокоскоростных вентильно-индукторных двигателей с концентрическими обмотками, управляемых двухфазным током синусоидальной формы, со статором, имеющим 8 сосредоточенных полюсов с обмотками, с ротором, содержащим 2 полюса без обмоток с четырьмя когтеобразными выступами, угловая ширина полюсов статора и угловая ширина межполюсного расстояния статора которых равна 22,5 градусам, угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 22,5 градусам, угловая ширина полюсов ротора и когтеобразных выступов полюсов ротора равна 45, с обмотками каждой из двух фаз, охватывающими одновременно три полюса, и один полюс статора, расположенный в середине трех полюсов, с числом витков обмоток, охватывающих три полюса статора, относящимся к числу витков, охватывающих один полюс статора примерно, как 1/0,4, с фазами двигателя, питающимися двухфазным током, имеющим сдвиг фаз 90 электрических градусов, отличается тем, что с целью увеличения частоты вращения, увеличения коэффициента полезного действия и применения для управления стандартного мостового инвертора статор двигателя оснащен концентрическими обмотками, а ротор двумя полюсами с четырьмя когтеобразными выступами, а управление двигателем производится двухфазным током синусоидальной формы.

Использование предлагаемого технического решения в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах обеспечит повышение эффективности и качества работы этих устройств.

Вентильно индукторный двигатель что это

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам с несколькими роторами или статорами, и может быть использовано в качестве двигателей транспортных средств.

Известен секционированный вентильно-индукторный двигатель с системой воздушного охлаждения (патент на изобретение №RU2358371 от 09.07.2008) содержащий корпус, в котором на подшипниках установлен вал, замкнутую систему принудительного воздушного охлаждения, конструктивно сопряженную с корпусом, и секции, размещенные в корпусе, при этом каждая секция содержит зафиксированные на валу зубчатые пакеты ротора, станину, в расточке которой закреплены кольцевая обмотка возбуждения и зубчатые пакеты статора с уложенными в их пазах фазными обмотками, а система принудительного воздушного охлаждения — каналы наружного охлаждения, образованные между внутренней поверхностью корпуса и оребренной в аксиальном направлении наружной поверхностью станины каждой секции, каналы внутреннего охлаждения, сообщенные внутрисекционной камерой и попарно выполненные в аксиальном направлении под пазами пакетов статора каждой секции, по меньшей мере, одну межсекционную камеру и замкнутый на корпус воздуховод, в котором размещены вентилятор и воздухоохладитель.

Известен также комбинированный двигатель (патент №CN103178666 от 26.06.2013). Изобретение раскрывает комбинированный двигатель с переключаемыми реактивными двигателями и двухдисковым двигателем с постоянными магнитами с осевыми магнитными полями. Комбинированный эффективный двигатель отличается тем, что диск левого ротора, средний статор и диск правого ротора образуют двигатели с постоянными магнитами двухдискового типа с осевыми магнитными полями, диск левого ротора, диск правого ротора, левый SRM (статор с переключаемым реактивным двигателем) и правый статор SRM образуют два переключаемых реактивных двигателя, а левый статор SRM и правый статор SRM расположены на торцевых крышках. Статор разделяется на двухдисковые двигатели с постоянными магнитами с осевыми магнитными полями; и каждый двигатель с постоянным магнитом дискового типа и соответствующий коммутируемый реактивный двигатель совместно используют соответствующий диск ротора, зубчатые гнезда на окружностях дисков ротора представляют собой вентиляционные отверстия двигателей постоянного магнита дискового типа для реализации охлаждающих эффектов, а также используются в качестве зубьев ротора. Переключаемые реактивные двигатели, а также зубчатые гнезда и статоры SRM образуют переключаемые реактивные двигатели.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является вентильно-индукторный двигатель с принудительным воздушным охлаждением (патент на полезную модель № 89785 от 07.08.2009), содержащий корпус с аксиально-оребренной поверхностью, вентилятор, подающий охлаждающий воздух в торец корпуса, и размещенные во внутренней полости корпуса зубчатые пакеты статора с фазными обмотками, кольцевые обмотки возбуждения и зубчатые пакеты ротора, закрепленные на валу, установленном в опорах вращения, при этом в зубчатых пакетах статора выполнены аксиальные каналы внутреннего охлаждения, а оребренная поверхность корпуса, по меньшей мере, частично покрыта приваренными к вершинам ребер стальными листами с созданием каналов наружного охлаждения между ребрами.

Недостатком вышеописанных аналогов является применение в конструкции устройства воздушного охлаждения, реализованного за счет дополнительного устройства нагнетания воздуха, которое является низкоэффективным и энергозатратным.

Задачей заявляемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в повышении эффективности охлаждения двигателя, снижении массы двигателя.

Для достижения указанного технического результата предлагается вентильно-индукторный двигатель, содержащий электронную систему управления, два зубчатых статора с фазными обмотками на зубцах, два зубчатых пакета ротора, закрепленных на общем валу и смещенных друг относительно друга на 45°, систему охлаждения, которая включает металлические пластины, размещенные на торцевой поверхности статоров и плотно прилегающие к ней, а также, размещенные на пластинах трубы для подачи охлаждающей жидкости, прилегающие к обмоткам зубцов статора.

Система управления двигателем включает:

Пакеты ротора и статоры набраны из стальных пластин, изготовленных из листового металла методом лазерной резки. Электродвигатель собран с использованием стальных шпилек, на которые последовательно насаживают элементы двигателя. Для обеспечения заданного расстояния между статорами, а также между каждым статором и торцевыми крышками двигателя, используются доборы, которые также выполнены в виде пакетов из металлических пластин, изготовленных из листового металла методом лазерной резки.

В центральной части пластин пакетов ротора выполнены сквозные отверстия, образующие в пакетах каналы воздушного охлаждения, при этом отверстия в каждой следующей пластине пакета выполнены со смещением, предпочтительно на 0,3°, относительно отверстий предыдущей пластины, таким образом, каналы, образованные отверстиями в пластинах ротора, направлены вокруг оси ротора и при его вращении обеспечивают вихревое движение воздуха внутри двигателя охлаждая его. Смещение отверстий может быть от 0,1 до 0,5° в зависимости от толщины листового материала, из которого изготовлены пакеты ротора, и необходимой скорости потока воздуха.

Элементы системы охлаждения выполнены предпочтительно из оцинкованной меди.

Двигатель с одной из сторон имеет доборы и переходную плиту для удобной стыковки с существующей КПП у автомобилей.

Все элементы двигателя, за исключением вала ротора, изготовлены из листового материала методом лазерной резки, что обеспечивает технологичность и простоту производства двигателя.

Сущность изобретения поясняется 3D моделью двигателя (фиг.1), где:

1 — пластины системы охлаждения;

2 — трубы системы охлаждения;

5 — пакеты ротора;

6 — каналы охлаждения ротора.

Заявленное устройство содержит два трехфазных вентильно-индукторных двигателя, роторы которых используют общий вал 3, а пакеты роторов 5 расположены со смещением на 45° градусов относительно друг друга. Охлаждение двигателя обеспечивает система охлаждения, состоящая из медных труб 2 и медных пластин 1 плотно прикрученных к торцам статоров 4, каналы 6, образованные отверстиями в пластинах пакетов ротора 5, направлены вокруг оси ротора, обеспечивая еще большее охлаждение благодаря циркуляции воздуха внутри двигателя. Электродвигатель собран с использованием стальных шпилек (на фигурах не показаны).

Читать еще:  Влияние ошибки на работу двигателя

Устройство работает следующим образом.

На фазные обмотки статоров от внешних источников подается напряжение. Магнитные потоки, создаваемые фазными обмотками, замыкаются через пакеты ротора. Принцип действия двигателя основан на магнитном притяжении зубца пакета ротора к ближайшему зубцу статора. Соответствующие токи в фазных обмотках, задаваемые питающими их вентильными преобразователями, и неравенство зубцов статора и ротора обеспечивают плавное вращение вала с регулируемой частотой и требуемым вращающим моментом.

Охлаждение двигателя осуществляется путем подачи охлаждающей жидкости в трубы системы охлаждения, которая подводится к двигателю с помощью внешнего циркуляционного насоса. Охлаждение жидкости производится во внешнем радиаторе. Пластины системы охлаждения осуществляют отвод тепла с торцов статоров благодаря охлаждающей жидкости, циркулирующей по трубам размещенным на пластинах, кроме того обеспечивается эффективный отвод тепла с обмоток статора за счет прилегания труб системы охлаждения к обмоткам. Роторы, вращаясь, создают вихревые потоки воздуха благодаря каналам охлаждения в пакетах ротора, направленным вокруг оси ротора.

Благодаря размещению элементов системы охлаждения на торцах статоров двигатель не нуждается в корпусе для отвода тепла с него, что снижает общую массу двигателя и его себестоимость. Благодаря тому, что все элементы двигателя набраны из металлических пластин, электродвигатель может быть изготовлен с использованием двух станков: станок для лазерной резки с ЧПУ и токарный станок для изготовления вала.

Анализ патентной и научно-технической литературы не выявил технических решений с подобной совокупностью существенных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» заявляемого изобретения.

Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Опыт эксплуатации вентильно-индукторных приводов на РТС «Жулебино» ОАО «МОЭК»

И.Ю. Калужский, директор филиала № 5 ОАО «МОЭК»,
В.А. Пучков, директор предприятия № 8 филиала № 5 ОАО «МОЭК», г. Москва

РТС «Жулебино» является одной из пяти районных тепловых станций Филиала № 5 «ЮгоВосточный» ОАО «МОЭК». Установленная тепловая мощность РТС «Жулебино» на сегодня составляет 420 Гкал/ч (3 котла КВ-ГМ-100 и 1 котел КВ-ГМ-120). Районная станция полностью покрывает потребности в тепловой энергии жилого района «Жулебино».

Шагая в ногу со временем, на РТС «Жулебино» установлены и эксплуатируются регулируемые электроприводы на дымососах, дутьевых вентиляторах и сетевых насосах, потребление электроэнергии которыми составляет «львиную долю» всей электроэнергии, идущей на нужды тепловой станции. В состав приводного оборудования РТС входят асинхронные частотно-регулируемые привода (ЧРП), ставшие уже традиционными на многих станциях, котельных и ЦТП, а также новый вид приводов — вентильно-индукторные приводы (ВИП).

На станции установлено три высоковольтных асинхронных ЧРП, работающих на напряжении 6 кВ, производства одной из американских фирм. Один ЧРП установлен на дымососе котла № 4, второй ЧРП — на дутьевом вентиляторе котла № 4, третий ЧРП установлен для управления каждым из трех сетевых насосов (№ 4, 5, 6). Все высоковольтные ЧРП в свое время были приобретены в лизинг.

В 2007 г. на станции был смонтирован первый комплект ВИП. На сегодняшний день на РТС «Жулебино» установлено 7 таких комплектов различной мощности (от 315 до 630 кВт): на тягодутьевых механизмах трех котлов (6 приводов) и один привод на сетевом насосе.

Ниже рассмотрим особенности ЧРП и ВИП с учетом реальных условий работы РТС «Жулебино».

Несмотря на все достоинства асинхронных ЧРП, периодически возникающие внешние возмущения напряжения питающей сети, оказываются абсолютно неприемлемы для надежной работы установленных высоковольтных преобразователей частоты. При таких колебаниях напряжения автоматика частотно-регулируемого преобразователя, защищая ЧРП, может отключить его, что повлечет за собой останов вращающихся механизмов. В свою очередь, защитная технологическая автоматика безопасности котла дает команду на его останов. Несмотря на то, что все котлы работают в автоматическом режиме (имеется только возможность ручного аварийного останова котлов), их розжиг является длительной процедурой и занимает около 40 мин. В случае такого останова в осеннезимний период последствия могут быть неприятными, в первую очередь, для потребителей. Проблему «выравнивания» напряжения могут решить соответствующие стабилизаторы. Но установленные на РТС стабилизаторы напряжения «гасят» скачки с максимальным отклонением 270 В, в то время как у нас эти «забросы» напряжения могут доходить до 1000 В. Таким образом, при наличии таких скачков напряжения на вводе в РТС эффективность использования ЧРП падает.

Приведем практический пример. В соответствии с требованиями к промышленно-опасным объектам, РТС «Жулебино» имеет два ввода электроэнергии и устройства автоматического ввода резерва (АВР). Задержка на переключение АВР установлена порядка 0,9 с и, значит, такова будет задержка в подаче электроэнергии. Защитная автоматика высоковольтного ЧРП срабатывает уже через 0,09 с, что на порядок быстрее.

Кроме этого, установка высоковольтного ЧРП требует достаточно масштабного отдельно выделенного помещения, в котором необходимо поддерживать соответствующий микроклимат при помощи климатического оборудования (т.к. при превышении температуры воздуха внутри помещения выше нормы автоматика защиты от перегрева отключает ЧРП).

Для решения указанных проблем на РТС «Жулебино» (в рамках производственной программы ОАО «МОЭК») силами ООО «Центртехкомплект» при активном участии инженеров Московского энергетического института и других субподрядных организаций стали внедряться уникальные вентильно-индукторные приводы отечественной разработки и производства, не имеющие на сегодняшний день аналогов в мировой и отечественной электротехнической промышленности.

Энергосберегающий комплекс на базе ВИП включает в себя следующее оборудование:

1. Вентильно-индукторный двигатель, отличающийся от асинхронного тем, что он состоит из двух (либо четырех) секций (в зависимости от номинальной мощности), управление которыми производится независимо, а вращающий момент от каждой секции суммируется на валу машины. Нагрузка по секциям при этом распределяется равномерно. Двигатель ВИП монтируется вместо асинхронного двигателя на те же посадочные места (фото 1).

2. Силовые шкафы электронных преобразователей (по числу секций), каждый из которых управляет одной секцией двигателя, а также силовой шкаф с коммутационной аппаратурой (фото 2).

3. Рабочее место оператора в диспетчерской, куда выводятся все показатели работы ВИП. С помощью соответствующего программного обеспечения диспетчер может не только без особого труда их контролировать, но и оперативно задавать параметры работы ВИП.

Цели регулирования на механизмах с асинхронными двигателями и с вентильно-индукторными одни и те же: при снижении нагрузки ниже номинальной, скорость вращающихся механизмов уменьшается, что позволяет исключать излишние затраты электроэнергии в работе дутьевых вентиляторов, дымососов и насосного оборудования (в первую очередь, сетевых насосов). Также плавность пусков двигателей позволяет продлевать ресурс любого вращающегося механизма и сопутствующего оборудования. При этом режимы разгона абсолютно безвредны для этих механизмов.

Еще одной проблемой при эксплуатации асинхронных двигателей является замена подшипников, ресурс которых не так велик, а их замена требует значительных трудозатрат. Замена же подшипников вентильно-индукторных двигателей в соответствии с паспортом производится через 8 тыс. ч работы, а необходимым условием является только проверка смазки один раз в год.

Необходимо также отметить важную особенность вентильно-индукторного привода — ВИП является низковольтным оборудованием, работая на напряжении 380 В. Поэтому силовые шкафы могут быть размещены на минимальном удалении от исполнительных механизмов, непосредственно в машинном зале без необходимости выделения или строительства специального помещения для них.

Важнейшим свойством ВИП является то, что каждый привод запитан от двух электрических вводов и двигатель работает от двух «лучей» одновременно. Данное обстоятельство максимально увеличивает его устойчивость, т.к. при временном отключении одного из вводов, половина привода удерживает исполнительный механизм в работе, а при восстановлении электропитания отключенная часть привода плавно вводится в рабочий режим, полностью сохраняя работоспособность системы.

Проведенное нами совместно с авторами разработки имитирование режима отключения напряжения по одному из вводов в пределах 8-9 с не вызвало изменения режима работы вращающихся механизмов, управляемых от ВИП. Для нас принципиально важно, чтобы при скачках входного напряжения оборудование станции оставалось в работе, что как раз и удается обеспечить при использовании ВИП. Данное обстоятельство является основным при выборе регулирующего оборудования. Косвенно об эффективности работы ВИП в разрезе безостановочной работы вращающихся механизмов при возникновении скачков напряжения можно судить по данным самописцев, фиксирующих изменение входного напряжения по обоим вводам, что абсолютно не сказывается на работе оборудования станции. Меньше «просадок напряжения» не стало (о чем можно судить по данным самописцев), но на РТС «Жулебино» благодаря использованию ВИП они не влекут за собой негативных последствий.

Читать еще:  Двигатель honda gc 190 неисправности

Самый первый образец ВИП испытывался на РТС «Коломенская», а последующие, улучшенные и доработанные, приводы устанавливались на других районных тепловых станциях, в частности на РТС «Жулебино». В ходе эксплуатации ВИП, за счет фирмы-производителя (ООО «Центртех- комплект») в оперативном режиме ведется их сопровождение, а также непрерывное совершенствование программного и схемотехнического состава приводов. Одним из достижений, полученных в результате этих работ, явилось создание на программном уровне системы бездатчикового векторного управления. Данное преимущество позволяет впредь избавиться от довольно дорогого и ненадежного в эксплуатации элемента — датчика положения ротора, что еще более повышает надежность системы в целом.

Комплект ВИП является полностью отечественным продуктом, его стоимость ниже стоимости высоковольтных ЧРП зарубежного производства. Однако его внедрение предполагает реконструкцию части теплостанции и, безусловно, требует соответствующих значительных затрат. Впрочем, все они окупаются в течение 35 лет (в зависимости от особенностей тепловых режимов конкретного объекта), о чем говорят многочисленные анализы эксплуатационных режимов. Например, на РТС «Жулебино» сравнение затрат электроэнергии по двум котлам (с одинаковым тягодутьевым оборудованием) в регулируемом и нерегулируемом режимах показало, что за январь 2010 г. экономия электроэнергии составила: на дутьевом вентиляторе — около 50%, а на дымососе — около 90%.

Таким образом, опыт эксплуатации ВИП на РТС «Жулебино» свидетельствует, что данное оборудование обладает рядом преимуществ:

■ обладает уникальными для данного вида устройств показателями по надежности и бесперебойности в условиях нарушения режимов электроснабжения;

■ имеет более низкую стоимость по сравнению с западным оборудованием, выполняющим аналогичные функции

Вентильный реактивный электродвигатель

Вентильный реактивный электродвигатель (ВРД) — это синхронная машина.

Достоинства

Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы имеют следующие достоинства:

Ротор и статор выполнены в виде пакетов листового магнитомягкого материала. На роторе ВРД отсутствуют обмотки и постоянные магниты. Фазные обмотки находятся только на статоре. Для уменьшения трудоемкости катушки обмотки якоря могут изготавливаться отдельно, а затем надеваться на полюсы статора.

Простота обмотки якоря повышает ремонтопригодность ВРД/ВРГ, т.к. для ремонта достаточно сменить вышедшую из строя катушку.

Отсутствие механического коммутатора

Управление электромеханическим преобразователем электропривода/генератора осуществляется с помощью высокоэффективных силовых полупроводниковых элементов — IGBT или MOSFET (HEXFET) транзисторов, надежность которых существенно превышает надежность любых механических деталей, например: коллекторов, щеток, подшипников.

Отсутствие постоянных магнитов

ВРД/ВРГ не содержит постоянных магнитов ни на роторе, ни на статоре, при этом он успешно конкурирует по характеристикам с вентильными электрическими двигателями с постоянными магнитами (ВЭДПМ). В среднем, при одинаковых электрических и весогабаритных характеристиках ВРД/ВРГ имеет в 4 раза меньшую стоимость, значительно большую надежность, более широкий диапазон частот вращения, более широкий диапазон рабочих температур. Конструктивно, по сравнению с ВЭДПМ, ВРД/ВРГ не имеет ограничения по мощности (практически, мощность ВЭДПМ ограничивается пределом около 20-40 кВТ). ВЭДПМ требуют защиты от металлической пыли, боятся перегрева и сильных электромагнитных полей, в случае короткого замыкания обмотки превращаются в самовозгорающуюся систему. Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы свободны от всех этих недостатков.

Малое количество меди

На изготовление ВРД/ВРГ требуется в среднем 2-3 раза меньше меди, чем для коллекторного электродвигателя такой же мощности, и в 1,3 раза меньше меди, чем для асинхронного электродвигателя.

Tепловыделение происходит в основном только на статоре, при этом легко обеспечивается герметичная конструкция, воздушное или водяное охлаждение

В рабочем режиме не требуется охлаждение ротора. Для охлаждения ВРД/ВРГ достаточно использовать наружную поверхность статора.

Высокие массогабаритные характеристики

В большинстве случаев ВРД/ВРГ может быть выполнен с полым ротором. Толщина спинки ротора при этом должна быть не менее половины ширины полюса. Подбором количества полюсов статора и ротора могут быть оптимизированы массогабаритные характеристики электродвигателя/генератора, его мощность при заданном моменте и диапазоне частоты вращения.

Простота конструкции ВРД/ВРГ снижает трудоемкость его изготовления. В сущности, его можно изготовить даже на не специализирующемся в области электромашиностроения промышленном предприятии. Для серийного производства ВРД/ВРГ требуется обычное механическое оборудование — штампы для изготовления шихтованных сердечников статора и ротора, токарные и фрезерные станки для обработки валов и корпусных деталей. Трудоемкие и сложные в технологическом отношении операции, например изготовление коллектора и щеток коллекторного электродвигателя или заливка клетки ротора асинхронного двигателя, здесь отсутствуют. По предварительным оценкам трудоемкость изготовления ЭМП вентильного реактивного электродвигателя составляет на 70% меньше трудоемкости изготовления коллекторного и на 40% меньше трудоемкости изготовления асинхронного электродвигателя.

Простота обмотки якоря и отсутствие обмотки и магнитов на роторе обеспечивает ВРД/ВРГ высокую гибкость компоновки. Конструкция электродвигателя/генератора может быть плоской, вытянутой, обращенной, секторной, линейной. Для выпуска целого типоряда электродвигателей/генераторов с различной мощностью можно использовать один и тот же комплект штампов для вырубки ротора и статора, поскольку для увеличения мощности достаточно увеличить соответственно длину набора ротора и статора. Не составляет труда изготовление машины с расположением статора как снаружи ротора, так и наоборот, а также встраивание электроники в корпус машины. Изменение коэффициента электромагнитной редукции позволяет создавать машины для облегченных и, напротив, тяжелых условий работы, включая моментные двигатели. Для привода некоторых рабочих машин выгоднее иметь линейные электродвигатели с возвратно-поступательным перемещением зубцового штока (аналога ротора). В ряде случаев может быть использована давно известная, но неэффективная в случае асинхронного электродвигателя конструкция дугостаторной машины, статор которой охватывает доступную для размещения дугу окружности ротора, в качестве которого может использоваться вал с зубчатым колесом.

На рисунках ниже приведены примеры некоторых возможных конструкций вентильных реактивных электродвигателей/генераторов. Синим цветом выделена подвижная часть электрической машины, зеленым — статор, красным — обмотки, серым — несущая конструкция.

Простота конструкции обеспечивает ВРД/ВРГ более высокую безотказность, чем безотказность других типов электрических машин. Конструктивная и электрическая независимость фазных обмоток обеспечивает работоспособность ВРД даже в случае полного замыкания полюсной катушки одной из фаз. ВРГ остается работоспособным даже после выхода из строя одной или двух фаз.

Широкий диапазон частот вращения (от единиц до сотен тысяч об/мин)

Электромагнитная редукция позволяет создавать малогабаритные “моментные” электродвигатели для приводов роботов, манипуляторов и других низкооборотных механизмов или низкооборотные высокоэффективные генераторы для ветровых или волновых электростанций. В то же время частота вращения быстроходных ВРД/ВРГ может превышать 100000 об/мин.

Высокий КПД в широком диапазоне частот вращения

Практически достижимый КПД вентильного реактивного электродвигателя/генератора мощностью 1 КВт может доходить до 90 % в диапазоне 5-10-кратной перестройки частоты вращения. КПД более мощных электрических машин может достигать 95-98 %.

ВРД часто путают с синхронным реактивным электродвигателем (СРД), обмотки якоря которого питаются синусоидально изменяющимися напряжениями без обратной связи по положению ротора. СРД имеет низкий КПД, который не превышает 50 % для маломощных электродвигателей и до 70 % для мощных электрических машин.

Импульсный характер питания ЭМП обеспечивает удобную стыковку с современной цифровой электроникой

Поскольку ВРД/ВРГ питается (возбуждается) однополярными импульсами, для управления ЭМП требуется простой электронный коммутатор. Управляя скважностью импульсов силовых транзисторов электронного коммутатора можно плавно изменять форму импульсов тока фазных обмоток электродвигателя или генератора.

Электронное управление электрическими и механическими характеристиками, режимом работы

Естественная механическая характеристика ВРД/ВРГ определяется реактивным принципом действия электрической машины и близка к гиперболической форме. Основное свойство такой характеристики — постоянство мощности на валу машины — оказывается чрезвычайно полезным для электроприводов с ограниченной мощностью источника, так как при этом легко реализуется условие его неперегружаемости. Применение замкнутой системы управления с обратными связями по скорости и нагрузке позволяет получить механические характеристики любой заданной формы, включая абсолютно жесткие (астатические), и не ведет к какому либо усложнению системы управления, так как ее процессор обладает большой избыточностью по числу входов и выходов, быстродействию и памяти. Фактически поле доступных механических характеристик непрерывным образом покрывает все четыре квадранта плоскости момент-скорость в пределах области ограничений конкретного электропривода.

Низкая стоимость электромеханического преобразователя

Стоимость ВРД оказывается самой низкой из всех известных конструкций электрических машин. Дорогостоящим в рассматриваемой системе электропривода можно считать электронный преобразователь, который является обязательным элементом всех современных регулируемых электроприводов. Однако, цены на изделия силовой электроники по мере развития масштабов производства имеют устойчивую тенденцию к снижению. Исключение из состава ВРД/ВРГ коммутационных аппаратов, для изготовления которых необходима непрерывно дорожающая медь, также способствует уменьшению стоимости.

Наконец, экономическая эффективность ВРД повышается также в результате существенно меньшего расхода электроэнергии, обусловленного высоким КПД электродвигателя и применением наиболее экономичных стратегий управления в динамических режимах работы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector